Exoplanètes : enjeux et défis

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1 Exoplanètes : enjeux et défis Vincent Coudé du Foresto 26 mars 2013 Journée ESEP 1

2 Exoplanètes : questions et outils Vincent Coudé du Foresto 26 mars 2013 Journée ESEP 2

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4 Démographie des exoplanètes Combien sont-elles? Quelle proportion d étoiles possède un cortège planétaire? Quelle est l architecture de ces cortèges Distribution en taille, structure, paramètres orbitaux (semi grand axe, excentricité, obliquité/inclinaison) En fonction de l étoile hôte (âge, métallicité, multiplicité) Un test des modèles de formation et d évolution Formation par nucléation ou effondrement gravitationnel? Rôle de la migration?

5 Outils de recensement Vitesses radiales Vitesses radiales

6 Outils de recensement Vitesses radiales Lentilles gravitationnelles Vitesses radiales Lentilles gravitationnelles

7 Outils de recensement Vitesses radiales Lentilles gravitationnelles Surveys photométriques Vitesses radiales PLATO (ESA M3 candidate) Lentilles gravitationnelles

8 Outils de recensement Vitesses radiales Lentilles gravitationnelles Surveys photométriques Astrométrie Vitesses radiales Lentilles gravitationnelles PLATO (ESA M3 candidate) Gaia

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10 Zones d habitabilité

11 Zones d habitabilité observable

12 Nature 365, 715 (1993)

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14 La problématique de la dynamique

15 Séparation spatiale : coronographie HR pc, 30Myrs) beta Pictoris 19pc, 20Myrs) Marois et al Lagrange et al. 2010

16 Performance coronographique au sol Séparation Soleil-Terre à 10pc

17 Imagerie: perspectives spatiales JWST : MIRI JWST

18 Imagerie: perspectives spatiales JWST : MIRI SPICES? SPICES (Boccaletti et al. 2010) JWST

19 Coronographie interférométrique (nulling) Principe : Phase stabilisée entre les deux faisceaux Introduction d un saut de π achromatique B Construc,ve 0 π Destruc,ve => un système à transmission nulle sur l axe (étoile) et maximale à l emplacement de la planète

20 Interférométrie annulante pour la caractérisation des planètes telluriques en zone habitable Concept Darwin / TPF ( ) Recensement de toutes les planètes de type terrestre autour des analogues du Soleil Spectroscopie dans l IR moyen des planètes habitables Bio-signatures: H 2 O, CO 2, O 3 Besoin d une flottille interférométrique spatiale Au moins 3 télescopes pour la modulation de phase Darwin ESA proposal (2007)

21 Interférométrie annulante pour la caractérisation des planètes telluriques en zone habitable Concept Darwin / TPF ( ) Recensement de toutes les planètes de type terrestre autour des analogues du Soleil Spectroscopie dans l IR moyen des planètes habitables Bio-signatures: H 2 O, CO 2, O 3 Besoin d une flottille interférométrique spatiale Au moins 3 télescopes pour la modulation de phase Darwin ESA proposal (2007)

22 Séparation temporelle: transits ΔF/F 1 10 hrs ppm t(heures) Probabilité de visibilité = D * /D orb 0.5% pour Terre / Soleil 10% pour un Jupiter chaud

23 Transit primaire HD189733b, terminator Spectroscopie en transmission Sonde les hautes couches de l atmosphère au terminateur Signal proportionnel à l échelle de hauteur (dépend de T et du poids moléculaire) Swain, Vasisht, Tinetti, Nature, 2008

24 Transit secondaire Spectre du côté jour Emission thermique (modulée par les bandes moléculaires) dans l infrarouge : Depend du gradient vertical de T Sonde les couches plus denses de l atmosphère Lumière visible réfléchie dominée par la diffusion et les nuages

25 Fonction de phase Peut être mesurée sur des planètes non transitantes Nécessite une stabilité à long terme : ne peut être observée que depuis l espace Fournit l information sur la dynamique de l atmosphère et la redistribution jour/nuit de l énergie stellaire absorbée Ups And (Harrington et al. 2006) HD189733b (Knutsen et al. 2007)

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27 Observion des super Terres dans la zone tempérée des naines M Tessenyi et al Durée du transit et période orbitale en fonction de la masse stellaire Tessenyi et al Contraste de flux pour une super-terre orbitant différents types d étoile M (M1.5V, M3.5V and M4.5V), en supposant une atmosphère de type terrestre

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29 Gillett 1968 Danielson 1966 Sinton 1963

30 Conclusion : le double changement de paradigme Exoplanètes: de l ère de la découverte à celle de l exploration Habitabilité : de la recherche de la similarité à l exploration de la diversité Vers une convergence de la planétologie et l exoplanétologie?